本发明专利技术涉及一种用于确定机器人系统的多轴线操纵器(M)的运动序列的方法和装置，该操纵器(M)具有形成不同旋转轴线的多个元件(G)和用于与执行器(E)相互作用的末端元件，其中所述执行器(E)旨在用来在工作空间(R)中执行至少一个任意操作，并且其中为了执行所述至少一个任意操作，所述操纵器(M)的所述末端元件将关于所述工作空间(R)转换至任意目标姿势(xi)，其中所述操纵器(M)在若干步骤(Si；Sj)中移动至所述目标姿势(xi)同时接近末端元件，并且对于每个步骤(Si；Sj)，关于形成与所述操纵器(M)相关联的坐标系(CA；CG；CE；CR)的轴线(AA；AG；AE；AR)的至少一个轴线(AA；AG；AE；AR)限定至少一个限定的阻抗模式(Kx)和/或导纳模式。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于为机器人确定运动序列的方法和装置本专利技术涉及一种用于限定或确定机器人的运动序列的方法和装置，其中为了在分配给所述机器人的工作空间中执行任何操作而需要所述运动序列。因而，根据本专利技术的方法用来特别地但非排它地给轻型构造的机器人系统进行编程。这种轻型机器人系统以这样的方式设计，以致于除了必要的六个自由度之外，它们还具有允许跨越所谓的零空间的一个或多个自由度。为了使机器人系统能够在随后的活动过程中执行期望的操作并且为此而采取对应的姿势，必须可关于末端执行器处的运动序列和力施加或传输进行自由编程。在抽象的含义下，机器人系统初始代表可关于若干轴线或在若干轴线中自由编程的基于状态的机器。用于这种类型的机器人系统的常见在线(即，几乎实时的)编程方法为所谓的“示教”方法，在该方法中，接近期望轨迹的各个支撑点，然后借助于集成在机器人系统中的编码器检测执行器的相应位置，并且将将这些相应位置存储在控制单元中。特别在轻型机器人系统中使用所谓的直接“示教”方法，在该直接示教方法中，由操作员手动地直接引导和移动执行器或操纵器或机械臂，也就是说，将所需要的运动序列预先示范给操纵器。一方面如果机械臂只具有该机械臂仍然能够由操作员移动的重量和/或对应的灵敏性，并且另一方面如果在机械臂的各个连杆或臂构件之间没有强传输并因而自锁的齿轮机构或者如果为了使用具有高传动比的齿轮而设置对应扭矩控制，这才是可能的。因此，对于以上提到的直接“示教”方法，还已知在机器人系统的重力补偿状态下引导该机器人系统，其中所测量的扭矩被反馈到各个连杆之间的由此活动的驱动器，这意味着机器人系统的净重和齿轮机构的任何自锁都没有考虑，因此，该机器人系统只能根据操作员在手动引导过程中施加的外力移动。其它解决方案包括考虑到用于摩擦补偿的指定方案或程序关于各个马达对扭矩进行直接目标控制。在“示教”过程中执行的运动由已经存在于机械臂的各个连杆之间的驱动机构和接头的区域中的传感器来测量，这些传感器既能够检测扭矩，又能够检测平移力。扫描/采样时间的对应选择因而导致大量路径点，这些路径点随后确定机械臂将跟随或穿越的轨迹。因此，这些并不是通过分析描述的，而是是通过操作员的手动引导并因而通过空间中的路线而唯一确定的。现有的传感器能够检测沿着机械人系统的整个结构的力和扭矩。因此，由于设置大量自由度而具有高度灵活性的机器人系统几乎无法实现或者只能通过相当的编程努力才能实现为能够被设计成在所有自由度上都完全可追踪的系统，而这又会导致这种机器人系统的操纵器的手动引导具有若干缺点这一事实。轻型机器人的操纵器通常关于其移动性提供七个自由度。然而，供机器人执行一个或多个操作的工作或任务空间的定义限于六个维度，例如，当使用笛卡尔空间时，对操纵器来说存在一个附加自由度，该附加自由度通常被称为零空间。然而，这导致如下事实：在用户进行“示教”编程过程中几乎无法管理操纵器的运动，这是因为操纵器也能够在坐标(这些坐标与预期任何毫不相关)中运动，并且这纯粹是巧合的。除了机器人的这种行为基本不是令人期望的并且几乎无法由不熟悉这种机器人系统的编程的操作员正确地解释这一事实之外，这种行为还被证明在对机器人系统进行编程时效率非常低。因为操纵器本身由于其相对于在其接头中的运动的非常被动行为而无法对在所分配的空间的正确坐标内的运动主动做出贡献，因此显然在工作空间中高精度定位操纵器并因此高精度定位执行器实现起来非常困难。机器人系统通常具有位于机械臂的区域中的输入装置，通过该输入装置，例如能够启动或停止机器人系统的重力补偿模式，以执行“示教”程序。结果，操作员需要一只手操作输入装置启动重力补偿模式，并需要另一只手手动地引导执行器。这意味着当将执行器引导到期望位置时不再可能具体地影响不起作用的那些自由度，对于高精度“示教”过程来说这将是有利的。换言之，用户总是需要两只手实现准确定位。在工作空间中执行限定操作的机器人系统的另一个缺点是，对于每个单独操作都必须执行独立的编程或“示教”程序，虽然这些操作可能在本质上相同，但是也必须在工作空间中的不同位置处执行。因此，可以想到，类似操作包括将诸如壳体部件的两个元件连接至彼此，例如螺接在一起。由于所使用的螺钉和壳体部件上的螺纹孔的尺寸都相同，诸如此类的螺接操作将是相同的，其中螺纹孔的位置沿着壳体部件分布。如果使用现有技术的编程或“示教”过程，则必须关于用于螺接过程的每个单独螺纹孔重复这些。这需要一定量的时间，因此是成本密集型编程。基于此，本专利技术的目的是提供一种机器人系统和用于对这种机器人系统进行编程的方法，该机器人系统和方法可以消除上述的缺点。此外，本专利技术的目的是在该背景下提供一种用于定义机器人系统的限定的运动序列的方法和装置，该方法和装置允许通过这些运动序列实现操作的简单可重现性和可转移性。该目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求20的机器人系统以及根据权利要求21的装置来解决。因而本专利技术涉及一种用于确定机器人系统的多轴线操纵器的运动序列的方法，该操纵器包括形成多个不同旋转轴线的多个构件和用于与执行器相配合的末端构件，其中所述执行器将在工作空间或任务空间中执行至少一个任意操作，并且其中所述操纵器的所述末端构件将关于所述工作空间被转换至任意目标姿势，以便执行所述至少一个任意操作，所述方法的特征在于，-在若干步骤中移动所述操纵器，从而使所述末端构件接近所述目标姿势；其中对于每个步骤，关于形成与所述操纵器相关联的坐标系的轴线的至少一个轴线确定至少一个限定的阻抗模式和/或导纳模式。通常将由若干轴线构件构成的轻型机器人的操纵器进行建模并且作为刚性体、弹性和/或粘弹性元件例如弹簧质量系统进行控制。这种弹簧质量系统具有弹簧刚度和/或阻抗，其中所述弹簧刚度能够通过控制环进行改变，并因而能够相对于任务空间来确定阻抗行为。这种弹簧刚度能够通过控制布置在两个轴线连杆之间的接头中的各个驱动单元而被具体地影响和充分地阻尼，这在原理上允许实现限定的柔顺模式。换言之，能够在整体上具体地影响所述操纵器的运动和相互作用行为。根据本专利技术，现在利用这种可能性在对操纵器的期望运动序列编程时或者在“示教”过程中将限定的阻抗模式和/或导纳模式应用于同一个坐标系或不同坐标系的各个轴线。以最简单的模式，这些是限定的柔顺模式。根据本专利技术，这可以是与所述操纵器的轴线构件中的至少一个轴线构件、所述操纵器的轴线构件中的另一个轴线构件、两个轴线构件之间的一个或多个接头(所述两个轴线构件通过这些接头可移动地连接至彼此)、位于操纵器的末端构件上的执行器和/或所述执行器在其中执行一个或多个操作的工作空间直接相关联的任意坐标系。还可以有不同的任意坐标系。另外，它还可以是这样的坐标系，该坐标系的轴线能够例如参照流形(manifold)自动地识别，也就是说，用于执行所述方法的系统在每种情况下自动地得知哪个坐标系可能是最合适的坐标系。另外，本专利技术可以设置成通过执行器的类型、将要采取的姿势和/或将要执行的操作的类型来确定所述任意坐标系。例如，如果所述执行器即螺丝起子将要执行旋拧操作，则在这种情况下可以将所述任意坐标系限定为极坐标系。还可能是这样的，即：如果例如所述操纵器必须遵循预定运动以执行预期操作(例如，该预期操作由在工作空间的区域中沿着机器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定机器人系统的多轴线操纵器(M)的运动序列的方法，该操纵器(M)具有形成多个不同旋转轴线的多个连杆(G)和用于与执行器(E)相互作用的末端连杆，所述执行器(E)旨在用来在工作空间(R)中执行至少一个任意操作，并且所述操纵器(M)的所述末端连杆旨在关于所述工作空间(R)被转换至任何任意目标姿势(xi)以便执行所述至少一个任意操作，其特征在于，‑在若干步骤(Si；Sj)中移动所述操纵器(M)，使所述末端连杆接近所述目标姿势(xi)；其中对于每个步骤(Si；Sj)，关于形成与所述操纵器(M)相关联的坐标系(CA；CG；CE；CR)的轴线(AA；AG；AE；AR)的至少一个轴线(AA；AG；AE；AR)确定至少一个限定的阻抗模式(Kx)和/或导纳模式。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.24 DE 102016004841.71.一种用于确定机器人系统的多轴线操纵器(M)的运动序列的方法，该操纵器(M)具有形成多个不同旋转轴线的多个连杆(G)和用于与执行器(E)相互作用的末端连杆，所述执行器(E)旨在用来在工作空间(R)中执行至少一个任意操作，并且所述操纵器(M)的所述末端连杆旨在关于所述工作空间(R)被转换至任何任意目标姿势(xi)以便执行所述至少一个任意操作，其特征在于，-在若干步骤(Si；Sj)中移动所述操纵器(M)，使所述末端连杆接近所述目标姿势(xi)；其中对于每个步骤(Si；Sj)，关于形成与所述操纵器(M)相关联的坐标系(CA；CG；CE；CR)的轴线(AA；AG；AE；AR)的至少一个轴线(AA；AG；AE；AR)确定至少一个限定的阻抗模式(Kx)和/或导纳模式。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个轴线(AA；AG；AE；AR)涉及平移取向和/或旋转取向。3.根据权利要求2所述的方法，其中，-对于步骤(Si)，关于轴线(AA；AG；AE；AR)以平移取向确定限定的阻抗模式和/或导纳模式；并且-对于进一步的步骤(Sj)，关于轴线(AA；AG；AE；AR)以旋转取向确定限定的阻抗模式和/或导纳模式。4.根据权利要求3所述的方法，其中，重复n次所述步骤(Si；Sj)中的至少一个步骤或者所述步骤(Si；Sj)中的全部步骤，直到达到所述目标姿势(xi)。5.根据权利要求4所述的方法，其中，对于第n次重复的每个步骤(Si；Sj)，维持或改变相应地限定的阻抗模式和/或导纳模式。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，所述阻抗模式和/或导纳模式被设计成在步骤(Si；Sj)中是恒定的、随时间改变的和/或依赖于状态的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，该方法进一步包括：-关于所述操纵器(M)确定至少一个任意坐标系。8.根据权利要求7所述的方法，其中，关于所述操纵器(M)的轴线构件(A)确定任意坐标系(CA)。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，关于所述操纵器(M)的两个轴线构件(A)之间的接头(G)确定任意坐标系(CG)。10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中，关于所述执行器(E)确定任意坐标系(CE)。11.根据权利要求7、8、9或10所述的方法，其中，关于所述工作空间(R)确定任意坐标系(CR)。12.根据权利要求8至11中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·哈达丁，
申请(专利权)人：卡斯坦宁堡有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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